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东华大学学位论文原创性声明 i u li lum il li i ii iii fi y 2 13 5 7 8 1 本人郑重声明:我恪守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文,是本人在导师的指导 下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写,我对所写的内容负 责,并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:名 日期:沙i f 年多月7 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口,在年解密后适用本版权书。 不保密面。 学位论文作者签名:值 日期:矽l7 年;月彳日 指导教师签名: 硕甸 日期:沙绎岁月彳日 东华大学硕十学位论文摘要 支持敏捷生产的工艺智能化技术研究与应用 摘要 敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 是作为“2 1 世纪制造企业战略” 的概念提出来的,敏捷性( a g i l i t y ) 是企业主动地适应市场的能力和 企业主动开拓市场的能力。为了适应日益复杂的竞争环境,敏捷c a p p 作为一种先进制造方法被提出来解决现有c a p p 难题。 纺织品工艺设计是纺织企业实施生产的关键环节,也是连接纺织 品设计与纺织品制造之间的桥梁,工艺设计对于市场需求的响应能力 直接影响到企业的竞争力。由于纺织加工工艺工序链长,工艺参数多, 生产环境复杂以及经验性很强等特点,如何提高工艺设计的质量和效 率,满足优质高效的市场需求,己成为纺织企业急迫需要解决的难题。 智能工艺设计系统正是为解决这一问题而提出的。 本课题由国家科技支撑计划项目资助,以支持敏捷纺织品生产为 目的,对我国纺织行业工艺设计技术现状进行分析,研究了智能化纺 织品工艺设计方法,从工程应用的角度,实现了支持敏捷纺织生产的 关键技术,开发出一套适合纺织行业快速适应市场动态变化的智能工 艺设计系统,并投入实际纺织生产中,取得了良好效果。 本文的主要工作包括: 东华大学硕士学位论文摘要 ( 1 ) 在分析纺织工艺设计流程及特点的基础上,给出了纺织品 智能工艺设计系统的b s 体系结构和功能结构模型; ( 2 ) 研究了工艺知识表示方法,构建了工艺知识网络模型以及 工艺知识服务模型;提出了纺织品工艺混合智能推理方法,主要包括 基于案例的相似工艺推理、基于人工神经网络的工艺质量预测与工艺 参数优化; ( 3 ) 讨论了智能工艺设计系统的实现技术。建立了工艺知识库 及服务库,研究了基于插件的系统重构技术,开发了基于工艺知识服 务的工艺设计系统。 ( 4 ) 最后,介绍了纺织智能工艺设计系统实际工程应用的基本 情况,描述了应用系统操作步骤和运行案例,根据已应用企业的实际 应用情况,分析了实际应用效果。 关键词:敏捷生产;知识服务;智能工艺;纺织工艺;c b r 东华大学硕士学位论文摘要 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no ni n t e l l i g e n t p r o c e s st e c h n o l o g yi na g i l ep r o d u c t i o n a b s t r a c t a g i l em a n u f a c t u r i n gi san o t i o np r o p o s e da st h e2 1 盯c e n t u r ys t r a t e g y 。f o r m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s t h ea g i l i t yo fc o r p o r a t i o n sr e f e r st ow h e t h e re n t e r p r i s e s h a v et h ea b i l i t yt oa d a p tt oa n de x p l o i tt h em a r k e t i no r d e rt om e e tt h ei n c r e a s i n g c o m p l e xc o m p e t i t i v ee n v i r o n m e n t ,a g i l ec a p p ,a saa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gm e t h o d , i sp r o p o s e dt os o l v et h ec u r r e n tc a p p p r o b l e m t e x t i l ep r o c e s sp l a n n i n gi sak e yl i n ki nt e x t i l em a n u f a c t u r i n ga n di sa b r i d g e b e t w e e nt e x t i l e d e s i g na n dt e x t i l em a n u f a c t u r i n gt o o t h e p r o c e s sp l a n n i n g s r e s p o n s i v e n e s st om a r k e td e m a n dd i r e c ti n f l u e n c et h ec o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e s a st h et e x t i l ep r o c e s s i n g sc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sl o n gp r o c e s sc h a i n m a n yp r o c e s s p a r a m e t e r s ,c o m p l e xp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t ,r i c he x p e r i e n c ed e p e n d e n c e ,s oi th a d b e c o m et h eu r g e n tn e e dt os o l v et h ep r o b l e mf o rt e x t i l ee n t e r p r i s e s ,h o wt oi m p r o v e t h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo fp r o c e s sp l a n n i n gt om e e tt h e q u a l i t ya n de f f i c i e n c y d e m a n d so fm a r k e t i n t e l l i g e n tp r o c e s sp l a n n i n gs y s t e mi sp u tf o r w a r dt os o l v et h e s e p r o b l e m s t h er e s e a r c hi s s u p p o r t e db yn a t i o n a ls c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a ls u p p o r t p r o j e c t sf o rs u p p o r ta g i l et e x t i l ep r o d u c t i o n ,a n a l y s i st h ec u r r e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i c t e x t i l ep r o c e s sp l a n n i n g ,r e s e a r c h e dt h em e t h o do fi n t e l l i g e n tt e x t i l ep r o c e s s p l a n n i n g , a n da c h i e v e dt h ek e yt e c h n o l o g yf o rs u p p o r t i n ga g i l et e x t i l ep r o d u c t i o nf r o mt h e e n g i n e e r i n gp o i n t ,d e v e l o p e dai n t e l l i g e n tp r o c e s sp l a n n i n gs y s t e mf o rt e x t i l ei n d u s t r y t oq u i c k l ya d a p tt od y n a m i cc h a n g e s ,t h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ei sp u ti n t or e a lt e x t i l e m a n u f a c t u r i n ga n de x c e l l e n te f f e c ti sa c h i e v e d t b em a i nw o r k ( 1 ) o nt h eb a s i so fa n a l y s i sa b o u tt h ep r o c e d u r ea n d p r o c e s sp l a n n i n g ,t h et e x t i l ei n t e l l i g e n tp r o c e s sp l a n n i n g f u n c t i o n a lm o d e li sp r o p o s e d c h a r a c t e r i s t i c so ft e x t i l e s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n d ( 2 ) t h et h e s i sr e s e a r c h e dt h em e t h o do fp r o c e s sk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n , i i i 堂鲨堕塑墼 塑里 一一 一搁妥 c o n s t r u c t e d p r o c e s sk n o w l e d g en e t w o r ka n d t h es e r v i c e i n t e l l i g e n c em e t h o do ft e x t i l ew h i c hi n c l u d e sc a s e b a s e d q u a l i t yp r e d i c t i o na n dp r o c e s s n e t w o r k s ( a n n ) w a sp r o p o s e d m o d e l t h e h y b r i d r e a s o n i n g ( c b r ) ,p r o c e s s p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o nb a s e do na r t i f i c i a l n e u r a l 刚n et h e s i sd l s c u s s e dt h ei m p l e m e n t a t i o n t e c h n o l o g yo f 珧1 1 i 鲫c ep r o c e s 8 d e s l 印s y s t 啪,e 吼a b l i s h e dt h ep r o c e s sk n o w l e d g ed a t a b a s ea n dt h es e i c el i b r a r s t u d l e dr e c o 施g u r a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do np l u g - i n c o m p o n e n t s ,d e v e l o p e dp r o c e s s d e s i 舶s y s t e mb a s e do nt h ep k s ( p r o c e s s k n o w l e d g es e r v i c e ) ( 4 弦1 n a l ly ,t h et h e s i si n t r o d u c e dr e a l a p p l i c a t i o no ft h et e x t i l e i n t e l l i g e n c e p r o c e s sp l a n n i n gs y s t e m ,d e s c r i b e dt h ea p p l i c a t i o n s t e p sa n dc a s e ,a n a l y z e dm er e s u l t s o fp r a c t l c 甜a p p l i c a t i o na c c o r d i n gt ot h ee n t e r p i s e s p r a c t i c a la p p l i c a t i o ns i t u a t i o l l h u a n gc h a o - y a n g ( m a c h a n i c a lm a n u f a c t u f f n ga n da u t o m a t i o n ) s u p e r v i s e db yx i a n g - - q i a n k e yw o r d s : a g i l ep r o d u c t i 。n ,k n 。w l e d g es e r v i c e ,i n t e l l i g e n tp r o c e s s ,t e x t i l ep r o c e s s ,c b r i v 东华大学硕士学位论文附录 目录 摘要i a b s t i l a c t i i i 第1 章绪论1 1 1支持敏捷生产的工艺设计1 1 1 1 敏捷生产1 1 1 2c a p p 系统2 1 1 3 敏捷的c a p p 系统3 1 2c a p p 研究现状及发展趋势4 1 2 1c a p p 研究现状4 1 2 2c a p p 发展趋势4 1 3 课题的研究背景、目标及内容安排5 1 3 1 课题的研究背景5 1 3 2 课题的研究目标6 1 3 3 本文的研究内容6 1 3 4 章节安排6 1 4 本章小节7 第2 章智能工艺设计系统架构8 2 1 纺织工艺设计8 2 1 1 纺织企业工艺设计流程8 2 1 2 纺织工艺设计的特点及存在的问题1 0 2 2 系统需求分析1 1 2 2 1 i i 央速化需求1 1 2 2 2 智能化需求1 2 2 3 智能工艺设计系统架构设计1 3 2 3 1 系统体系结构1 3 2 3 2 系统功能结构1 5 2 4 本章小结1 6 5 东华大学硕士学位论文附录 第3 章智能化工艺设计技术与方法研究1 8 3 1 工艺知识管理1 8 3 1 1 知识管理1 8 3 1 2 工艺知识管理1 9 3 2 基于混合智能的纺织品工艺设计2 3 3 2 1 基于案例推理( c b r ) 的工艺设计一2 3 3 2 2 基于a n n 的质量预测与工艺评价2 6 3 2 3 基于混合智能推理的工艺设计3 4 3 3 基于s o a 的工艺知识服务3 7 3 3 1s o a 的概念3 7 3 3 2 支持工艺设计的知识服务3 9 3 4 本章小结4 0 第4 章智能工艺设计系统实现4 1 4 1 系统实现平台4 1 4 2 知识网络的建立4 1 4 3 质量预测模块设计与实现4 2 4 3 1 质量预测模块设计4 2 4 3 2 质量预测模块插件技术4 4 4 4 工艺知识服务4 5 4 5 本章小结4 8 第5 章智能工艺设计系统的工程应用4 9 5 1 功能实现与运行实例4 9 5 1 1 系统登陆与导航4 9 5 1 2 工艺总体设计5 1 5 1 3 工艺详细设计5 2 5 1 4 质量预测模块5 3 5 1 5 系统权限管理5 5 5 2 系统应用分析与评价5 7 5 3 本章小结5 7 6 东华大学硕士学位论文附录 第6 章总结与展望 6 1 回顾与总结 6 2 展望与深化 附录 参考文献 攻读硕士期间发表的论文 致谢 7 鼹 弘 骆 码 铊 鼹 的 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 第1 章绪论 1 1 支持敏捷生产的工艺设计 1 1 1 敏捷生产 1 9 9 1 年,针对美国制造业的衰退和来自以日本为代表的世界发达国家和地区 的激烈挑战,美国国会提出了重振制造业雄风的目标。美国通用汽车公司( g m ) 和里海( l e i g h ) 大学的雅柯卡( i a c o c c a ) 研究所在国防部的资助下,完成2 1 世纪 制造业战略并首次提出敏捷制造( a 西l em a n u f a c t u r i n g ,a m ) 的概念:通过将 高素质员工、动态灵活的虚拟组织机构或动态联盟、先进的柔性生产技术进行全 面的集成,使企业能持续地对连续变化且不可预测的市场需求做出快速反应,由 此获得长期的经济效益;强调了敏捷制造模式的工作要点:通过产品制造、信息 处理和现代通讯技术的集成,实现企业内部和分布在全球异地的合作企业的资源 ( 人、知识、资金和设备) 的集中管理和优化利用心1 。 敏捷制造的基本特征是智能和快速。智能指的是利用人的智力、知识、经验、 技艺的能力,同时也利用人工智能。快速是指对顾客驱动的市场响应灵活而快捷。 制造和营销活动建立在以人为中心并发挥的人作用一智能、积极性、创造性和实 干及信誉度、合作协同、共担风险的基础上;同时又把适用的人工智能技术和及 时的信息送到一线,充分发挥其作用。 敏捷性( a g i l i t y ) 是一种战略竞争能力,是一种在不可预测的连续快速变化 的竞争环境中生存、发展并不断扩大实力的能力,它使得企业能够对由用户驱动 的市场需求做出正确、快速响应并迅速适应改变。对企业而言,敏捷性使得企业 具备对市场的快速响应能力,应对大规模定制生产对企业开发能力的巨大挑战; 使得企业适应动态变化的制造环境,综合优化利用企业的有限资源,充分发挥制 造系统的效率。简而言之,敏捷性使企业可重构( r e c o n f i g u r a b l e ) 、可重用 ( r e u s a b l e ) 、可扩充( s c a l a b l e ) 地响应市场变化,即r s s 特性。 要提高企业的敏捷性,企业必须开展实施敏捷化工程。而企业实施敏捷化工 程离不开敏捷的信息系统的支持,敏捷的信息系统是企业实施敏捷生产的基础, 只有建立敏捷的信息系统才能真正实现企业的敏捷制造。敏捷信息系统的使能技 术包括:组件技术、w w w 技术、】2 v l l 技术、工作流技术、基于知识层次上的 集成技术等2 | 。 东华大学硕士学位论文第一章绪论 我国的不少企业陆续采用了先进的制造技术、模式与系统,如柔性制造系统 ( f m s ) 、计算机集成制造系统( c i m s ) 、全面质量管理( t o m ) 和精益生产( l p ) 等。但是,在实施先进制造技术、模式和系统的过程中,只有较少的企业取得预 计的经济效益,相当一部分实施企业通过高投入具备了很好的技术和装备,但未 能产生相应的利润。分析其中的主要因素是:缺乏对市场的快速响应能力、企业 管理不能适应动态的制造环境,不能有效利用制造系统。因此,研究符合中国特 色的敏捷制造理论,使我国企业在短时间内以较小的代价适应国际市场的竞争, 具有重要的理论意义和现实需要。 1 1 2c a p p 系统 工艺设计是连接产品设计和制造的桥梁,工艺数据是产品全生命周期中最重 要的数据之一,是企业编排生产计划、制订采购计划及生产调度的重要基础数据。 因此,良好的工艺设计与工艺数据管理是企业生产的重要基础与保障。然而,传 统的工艺方案设计是由人工编制,其设计质量在很大程度上依赖工艺设计人员的 水平,并且存在劳动强度大、效率低、设计难以做到最优化和标准化等缺点1 。 随着计算机网络技术的发展,计算机辅助工艺设计( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s s p l a n n i n g ,c a p p ) 应运而生。c a p p 是实现敏捷制造的重要性基础技术,c a p p 系统是制造信息系统中的信息流畅通的重要保障,是实现真正意义上的集成的关 键。 从1 9 6 9 年挪威推出第一个c a p p 系统a u t o p r o s 至今,经过四十多年的 发展,世界各国在理论研究、系统开发和实际应用方面进行了大量的研究,并取 得了令人瞩目的进步,其中最具代表性的有美国普渡大学的a p p a s 、英国曼彻 斯特大学的a u t o c a p 等,而其中最有里程碑意义的是国际性c a m i 于1 9 7 6 推出的第一个派生式c a p p 系统。国内关于c a p p 系统的研究始于7 0 年代末,最 早开发的c a p p 系统是于8 0 年代初由同济大学推出的t o j i c a p 修订式系统和西 北工业大学完成的c a o s 生成式系统。早期的c a p p 系统主要是面向机加工行 业,解决零件的自动化工艺设计问题。随着信息技术的发展以及系统设计理念的 进步,c a p p 系统已经不再局限于机加工行业,而是开始向其他行业发展,如纺 织行业、装潢行业等等。 c a p p 的基本原理是:首先,将产品的设计信息输入系统并建立产品信息数 据库;其次,将各种工艺知识、工艺人员的经验和工艺决策规则以合适的形式输 入系统并建立工艺知识库;再次,将制造资源和工艺参数以适当形式输入系统并 建立制造资源和工艺参数库;最后,通过系统充分利用计算机的存储、查询、计 算以及分析等功能生成工艺规程。 , 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 传统的c a p p 系统可分为三类:检索式c a p p 、派生式c a p p 、创成式c a p p 。 在实际的工作中,c a p p 系统往往是这三种形式中两种或者三种的融合。在最近 的发展中,人工智能理论在c a p p 中不断得到应用并逐渐发展起来,智能c a p p 系统作为一种新兴的技术,逐渐应用到工艺实践中来。 1 1 3 敏捷的c a p p 系统 敏捷的c a p p 是在传统c a p p 基础上,结合敏捷化思想,不仅具备工艺设计 功能,还具备工艺知识管理、质量预测与控制等功能,具有开放式、可重构、可 重用、可扩展和分布式等特征的c a p p 系统。结合企业实现敏捷化信息系统的基 本要求,敏捷化c a p p 系统应具有以下技术特点: ( 1 ) 开放性 敏捷c a p p 系统必须具有开放性,通过标准的接口与其他系统进行联接,主 要体现在与c a d ,p d m 互联的开放性、工艺知识表达与存储的开放性、工艺设 计方法的开发性及工艺资源的开放性等。 ( 2 ) 可重构 敏捷c a p p 系统各功能模块应该实现标准的互联和互操作,相互问是松耦合 的,随时可重构成新的系统。 ( 3 ) 可重用 敏捷c a p p 系统的重用体现在两个方面:系统自身的重用和对企业其他信息 系统的重用。敏捷化c a p p 系统自身能够能较好地适应不同企业不同应用环境不 同需求的变化,在尽量少开发新模块的基础上,通过现场定制实现系统自身的征 用。另一方面,对于企业其他的信息系统,如p d m 、c a d 等,能够重用这些系 统的数据和功能模块。 ( 4 ) 可扩展 敏捷c a p p 系统的规模是应该由企业生产的规模来决定的,可扩展性使得系 统能够通过重构和重用来实现规模的变化,以适应企业制造环境的需求。 ( 5 )分布式 敏捷c a p p 系统的分布式特征可将分布在各处的制造资源综合利用,将负载 由单个转移到多个,从而提高工艺设计的敏捷。 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2o a p p 研究现状及发展趋势 1 2 1o a p p 研究现状 智能c a p p 就是将人工智能技术应用到c a p p 系统开发中,使c a p p 系统在 知识获取、知识表达、知识推理等方面模拟人脑的思维模式,解决复杂的工艺设 计问题,使系统具有人类“智能”的特性。迄今为止,已经开发出了基于专家系 统( e x p e r ts y s t e m ) 、人工神经网络( a r t i f i c i a ln e o nn e t w o r k ) 、实例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ) 、分布式人工智能( d i s t r i b u t e d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 以及模糊逻 辑( f u z z yl o g i c ) 、进化计算( e v o l u t i o nc o m p u t a t i o n ) 、遗传算法( g e n e t i c a l g o r i t h m ) 、粗糙集( r o u g hs e t ) 等各种类型的智能c a p p 系统。 为应对敏捷生产的要求,一些研究者如王有远等口1 、赵世光等陋1 、盛步云阳1 等提出了利用分布式人工智能技术以及计算机网络通信技术来构造分布式、相互 协同的c a p p 系统的思想。清华大学蒲建等n 町认为:随着人工智能中的神经网络 技术重新焕发活力,以神经网络为基础的c a p p 系统研究也成为新的研究方向。 天津大学机械工程学院黄艳群、王杏华等人对分布式c a p p 中的多智能体协作进 行了研究,结合实例,分析了分布式以即中智能体的协作运算过程,从而使c a p p 中异地、异工种规划单元之间达到并行协作的目的n 。 对于工艺设计的智能化研究主要集中在工艺路线的决策n 2 1 和加工资源的选 择n 3 3 等方面。还有其他很多研究人员,将智能代理口4 | 、神经网络n 5 1 7 1 或者一些先 进的逻辑算法n 铲2 0 1 运用于工艺决策,以提高工艺设计的智能化。但是,要想在工 艺设计中实现完全的智能化是很难的,所以有学者提出人机混合决策瞳卜22 | ,建立 工艺知识库,让计算机辅助设计人员做部分决策工作。同时也有许多学者以某些 特殊产品为研究对象,开展相关研究乜3 2 。 也有很多研究人员将c a p p 系统与p d m 和c a m 集成起来,完善工艺数据 管理和辅助产品加工。在多年的研究中形成不同的集成理念。比如,基于p d m 的工艺设计集成系统瞳铲剐和基于c a d 的工艺集成系统口0 。3 2 。 1 2 2o a p p 发展趋势 经过4 0 多年的发展,c a p p 在原理、系统结构、决策方法等方面,都取得 了很大的进展。纵观国内外c a p p 的研究与开发状况,c a p p 的发展趋势集中在 智能化、集成化、并行化等方面口3 。3 5 | 。 ( 1 ) 智能化制造业将进入智能制造的时代,智能化制造是制造业发展的 4 东华大学硕士学位论文第一章绪论 总趋势,智能化c a p p 是c a p p 发展的必然趋势。以前的研究主要集中在c a p p 专家系统上,近年来神经网络、遗传算法、粗糙集算法、实例推理、模糊理论等 智能技术在c a p p 中得到广泛应用并取得良好效果,为智能c a p p 的进一步发展 提供了理论基础和现实经验。 ( 2 ) 集成化c a p p 系统与其他信息系统集成,实现信息与数据的传输与 共享,包括与c a d c a m 系统的集成,与p d m 、e r p 、m e s 等系统的集成。c a p p 与其他系统的集成,使得企业生产制造从局部自动化走向全面自动化,这是制造 业自动化发展必然趋势。 ( 3 ) 并行化以并行理论为指导,在智能化和集成化的基础上推动发展 c a p p 系统,充分运用并行工程的思想。这不仅体现在设计阶段的并行,还包括 制造、计划过程中各个部门的并行。在c a p p 中进行并行化的核心是c a d c a p p 之间的并行,即使得c a p p 能在c a d 产品设计的过程中,为c a d 提供产品设 计工艺性反馈,对设计方案和结果进行可制造性分析和评价,迅速发现设计中的 问题,确保设计的合理性,减少设计反复。 1 3 课题的研究背景、目标及内容安排 1 3 1 课题的研究背景 敏捷制造是制造企业在2 1 世纪进行市场竞争的主要模式。它要求企业通过 其“敏捷性”的增强来提高其驾驭未来市场的能力,从而使其能从不断的调整中 掌握主动并赢得竞争瞳1 。为使得纺织企业能快速、高效地响应市场变化,提高企 业的敏捷性是必然途径。 纺织工业是我国竞争力较强和国际依存度较高的产业,具有一定的比较优势。 多年来,我国纺织业在为国家出口创汇、积累资金、增加就业以及促进相关产业 发展等方面做出了巨大贡献髓引。在加入w t o 以后,我国的纺织工业面临着巨大 的挑战与机遇。如何快速响应纺织市场不可预测的动态变化,提高企业竞争力, 是纺织企业必须解决的关键问题。 纺织品工艺设计是纺织企业实施生产的关键环节,也是连接纺织品设计与纺 织品制造之问的桥梁,工艺设计对于市场需求的响应能力直接影响企业的竞争力。 由于纺织工艺路线复杂,工序多,经验性强,工艺设计始终是企业生产过程中的 难题。因此,如何利用先进信息技术,改造纺织企业传统的工艺设计模式,研究 开发适合现代市场需要的工艺设计系统是我国纺织行业面临的严峻问题。 东华大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 2 课题的研究目标 本课题受国家科技支撑计划项目( 项目名称:纺织品工艺智能设计与预测软 件系统,项目编号:2 0 0 6 b a f 0 1 a 4 4 ) 资助。本课题的研究目标为: ( 1 ) 开发具有纺织行业特色的知识库。 ( 2 ) 运用智能技术进行质量预测与参数优化。 ( 3 ) 开发支持敏捷生产的纺织品智能化工艺设计软件,并在纺织企业工艺 设计中得到实际应用。 1 3 3 本文的研究内容 1 、建立工艺实例库,运用基于案例推理技术实现工艺选择 1 ) 构建工艺实例库、工艺数据库、工艺知识库 2 ) 建立工艺实例评价规则 3 ) 建立工艺实例推理( c b r ) 模型 2 、实现基于虚拟加工的工艺优化 1 ) 建立各工序多参数间的关系模型 2 ) 模拟产品加工过程,实现工艺与质量的正推与反演 3 ) 以质量目标为驱动,优化工艺参数 3 、基于面向服务架构( s o a ) 的工艺设计软件实现 1 ) 在面向服务的软件架构下,构建工艺知识服务模型 2 ) 研制面向服务的工艺设计软件 1 3 4 章节安排 第1 章:概述敏捷生产、c a p p 系统和敏捷c a p p 系统,并分析c a p p 的研 究现状和发展趋势,提出本文的研究目标和研究内空。 第2 章:分析纺织企业工艺设计流程、纺织工艺设计的特点及存在的问题引 出敏捷生产对工艺设计系统的快速化和智能化需求,给出智能工艺设计系统的体 系结构和功能结构。 第3 章:对系统的关键技术进行研究与分析。分析知识管理在工艺设计中的 作用,运用面向对象的方法进行工艺知识表示并建立知识网络模型;分析c b r 6 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 和a n n 在工艺设计中的应用,给出混合智能推理模型;运用s o a 的思想,建立工 艺设计知识服务。 第4 章:介绍系统具体实现。给出在数据库中建立知识网络的过程,根据已 有知识库进行工艺参数的智能设计,实现混合智能推理。 第5 章:介绍智能工艺设计系统在纺织企业的应用实例。 第6 章:总结全文,概括所用理论、方法和技术,提出对于系统应用研究的 未来展望。 1 4 本章小节 本章论述了敏捷生产和敏捷c a p p 的概念,分析了c a p p 的研究现状与发展 趋势。在分析纺织企业面对的问题后,引出将智能c a p p 应用到纺织工艺设计中, 并给出了本文的研究背景、目标和内容,做出了本文的章节安排。 东华大学硕士学位论文 第二章智能工艺设计系统架构 第2 章智能工艺设计系统架构 2 1 纺织工艺设计 2 1 1 纺织企业工艺设计流程 纺织行业是我国经济体系中的重要支柱,纺织品工艺设计是纺织企业根据市 场或订单需求,进行工艺路线及其工艺参数确定的过程口7 | 。 质量信息反馈 产量信息反馈 图2 1 企业工艺制定流程 图2 1 是项目合作企业纺织工艺制定的流程,由图2 1 可见,该企业仍然是 传统的经营模式,以订单为中心,制订生产计划、进行工艺设计和生产跟踪。工 艺的制定分层次行:首先是根据生产科的生产计划,进行工艺设计,然后生产部 门执行生产,最后是根据质检部门的数据对工艺进行修正和补偿处理。 纺织企业产品工艺设计流程可分为总体设计和详细设计两个阶段,是一个自 上而下,层层细化的设计过程。纺织工艺设计的内容主要是确定工艺设计方案中 各工序的组合、工序中机型设备的选择、机型工艺参数的选择与计算等任务。纺 织工艺设计一般按下列步骤进行: ( 1 ) 设计准备阶段 该阶段是工艺设计其它各阶段的基础,其任务是为工艺设计提供必要的准备, 比如:产品信息的载入、原料选择等工作。 ( 2 ) 工艺流程生成 该阶段的任务是生成工艺方案的总体柜架,即工艺流程中各工序的组合以及 各工序的机型设备。包括以下两个任务: 1 ) 工序生成 2 ) 设备选择 ( 3 ) 工艺方案细化阶段 8 东华大学硕士学位论文第二章智能工艺设计系统架构 在确定各工序的机型设备之后,需要根据各工序中半成品的输入质量标准和 输出质量标准来确定工艺参数,这可利用以前的工艺知识和已有的计算公式及规 则来确定。 工艺流程的定制在一定意义上可理解为工序的定制,合理的工序定制必须满 足加工品种原料和质量指标的要求,也可为加工机型的选择和参数选配提供支持。 近几十年来,纺织工业迅速发展,促使各个纺织工艺发生很大变化,正在演变为 棉型、毛型、麻型、绢型等纺织工艺系统,其工艺流程如图2 2 所示。 ( 一) 粗梳棉纺工艺 图2 2 ( a ) 粗梳棉纺工艺流程 ( 二) 精梳棉纺工艺 ( 三) 混纺棉纺工艺 图2 - 2 ( b ) 精梳棉纺工艺流程 ( 四) 粗梳毛纺工艺 图2 - 2 ( c ) 混纺棉纺工艺流程 图2 - 2 ( d ) 粗梳毛纺工艺流程 东华大学硕士学位论文第二章智能工艺设计系统架构 ( 五) 精梳毛纺工艺 图2 2 ( e ) 精梳毛纺工艺流程 ( 六) 绢丝纺织工艺 图2 - 2 ( f ) 绢丝纺织工艺流程 从图2 2 可知,在实际的纺织生产中,由于成品的用途和质量要求不同,所 使用的原料也不同,因此不能采用统一的加工方法生产。这就要求使用不同的工 序组合,不用的机型设备生产。 2 1 2 纺织工艺设计的特点及存在的问题 纺织品生产过程具有很强的复杂性,比如工艺工序复杂,加工链长,工艺参 数多,生产过程受温度、湿度等环境因素影响大,因此纺织工艺设计考虑的因素 就比较多,工作量大,工艺变更频繁,依赖工艺设计人员的设计经验。 传统的工艺设计方法主要以工艺人员手工操作为主,结合他们多年从事生产 活动而积累起来的经验,查阅资料和手册,进行工艺计算来确定最后的工艺方案, 计算机辅助工艺设计的应用几乎为零,工艺人员受传统工艺设计规程的约束,企 业信息化水平低。在工艺设计过程中,所有的工艺方案和经验都通过书写工艺文 件的形式保存下来,并作为各部门之间信息传递的媒介。这样不但给工艺信息采 集和产品实时跟踪带来了很大困难,而且也不利于保证工艺信息的安全性。 这都是由于纺织企业在长期生产实践中没有专业的工艺软件系统进行数据 的有效分类、存储和查询。近年来,随着国家信息化水平的整体提高,使得企业 有条件完成从传统工艺设计向现代工艺设计的转变。在工艺设计方面,诸多纺织 企业也纷纷与高校或专业的系统开发商合作投资,开发了一系列面向纺织企业的 计算机辅助工艺设计软件系统。但是这些系统功能有限,应用性差,很多企业依 旧按照客户订单、设计工艺流水线、批量生产、产品质量检测、成品交付客户的 1 0 东华大学硕士学位论文第二章智能工艺设计系统架构 传统经营模式进行新旧产品的研发和生产,这种传统的工艺设计方法难免会暴露 一些缺陷口8 3 9 3 : ( 1 ) 工艺单发布过程中,大部分依赖手工查找手册和专家经验知识来输入 参数,工艺设计的时间周期较长; ( 2 ) 工艺资料的查询主要靠手工运作,工作量大,时间滞后,准确率低, 很容易造成失误,给企业正常生产带来损失; ( 3 ) 工艺数据缺乏集成性,工艺更改、关联参数调整往往出现匹配上差错, 更无法与其他信息系统进行数据共享和集成; ( 4 ) 工艺设计质量完全取决于工艺师的技术水平和长期积累的产品设计经 验,由于纺织企业人员流动频繁,经验不足的工艺人员设计的结果往往很难满足 生产实际要求,并直接影响到产品的投产速度、交货日期、成本核算和企业的市 场竞争力。 ( 5 ) 产品质量难以预测和跟踪,工艺设计和质量控制集成性差,质量管理 成本较高; ( 6 ) 数据库数据冗余,维护工作量大; ( 7 ) 受企业信息化水平的制约,员工计算机操作和应用水平普遍偏低,不 利于信息化技术投入和工程实施; 2 2 系统需求分析 敏捷生产最本质的特征就是快速和智能。因此,敏捷企业下的工艺设计信息 系统也要体现这两个基本要素。 2 2 1 快速化需求 ( 1 ) 协同设计 企业实施敏捷制造的关键是:建立由“竞争一合作”的协同机制主导的动态 组织机构和与之相适配的自组织管理理论、模式、战略和体制:对制造系统进行 人员、设备与仪器、软件和全过程的整体柔性化改造h 。工艺协同设计是在动态 的制造环境下,明确定义协作的内容、方式及要求。工艺设计的协同包括协同工 艺设计过程控制、协同工艺设计人员的协调、协同制造资源、协同系统安全等。 ( 2 ) 工艺设计融入信息管理 敏捷生产中,工艺方面的工作应包括工艺设计与工艺管理两部分,其中工艺 1 1 东华大学硕士学位论文第二章智能工艺设计系统架构 设计划分

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